Способ получения битумно-каучукового вяжущего

Изобретение относится к способам получения модифицированных битумных вяжущих, мастик, герметизирующих и изоляционных материалов с улучшенными техническими характеристиками и предназначенными для использования в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства. Способ получения битумного вяжущего осуществляют путем перемешивания нефтяного битума при нагревании с каучукосодержащим компонентом в виде раствора в органическом растворителе, взятом в количестве 2,5-5,0 мас.% от битумного вяжущего, в качестве каучуксодержащего компонента используют раствор маслостойких сортов каучука с содержанием каучука до 35 мас.%, а в качестве органического растворителя используют жидкие продукты превращения угля, а именно: смолу полукоксования каменного угля или смолу полукоксования бурого угля или фракцию продуктов гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°С. Техническим результатом изобретения является получение однородных и гомогенных вяжущих на основе композиций нефтяных битумов и концентрированных растворов маслостойких каучуков в органических растворителях. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам получения модифицированных битумных вяжущих, мастик, герметизирующих и изоляционных материалов с улучшенными техническими характеристиками и предназначенными для использования в дорожном, аэродромном, гидротехническом и других видах строительства.

Известны битум-каучуковые вяжущие материалы и способы их получения, в которых синтетические каучуки или отходы их производства непосредственно добавляются к битумам в процессе производства или приготовления асфальта. Использование подобных добавок позволяет улучшить физико-механические свойства битумов, такие как расширение температурного интервала работоспособности дорожного покрытия, т.е. понижения его хрупкости, увеличения трещиностойкости, повышения эластичности (RU 2167898, опубл. 12.01.00; RU 2248381, опубл. 20.03.05, а.с. СССР 1671671, опубл. 08.23.91).

Недостатками известных способов являются неоднородность состава и низкая стабильность в горячем состоянии получаемых битум-каучуковых вяжущих.

Известны способы получения битум-каучуковых вяжущих, в которых с целью устранения вышеперечисленных недостатков каучуки подвергаются предварительному растворению в органических растворителях, таких как смесь керосина и мазута (RU 2270846, опубл. 27.02.06), сланцевое масло, толуол (RU 2132857, опубл. 07.10.99) и т.д., с последующим добавлением образующейся смеси к нефтяному битуму.

Недостатком способов является невозможность использования маслостойких сортов каучуков, а также отходов их производства, имеющих низкую растворимость в вышеперечисленных растворителях.

Наиболее близким к настоящему изобретению является способ получения битумного вяжущего, который заключается в перемешивании битума при нагревании с каучуксодержащим компонентом - 11-17% раствором каучука и/или его отходов в органическом растворителе в количестве 0,1-10% от массы битума. Каучукосодержащий компонент готовят в две стадии: на первой стадии используют органический растворитель с температурой вспышки не ниже 62°С в количестве 1/3 от общего расчетного количества растворителя и процесс проводят при температуре не выше 20-25°С в течение 1 ч, на второй стадии добавляют 2/3 расчетного количества органического растворителя с температурой вспышки не более 28°С, процесс растворения проводят при 90-100°С при перемешивании в течение 10-11 ч (RU 2162476, опубл. 27.01.01).

Недостатками данного способа являются: невозможность использования маслостойких сортов каучуков или отходов их производства, имеющих растворимость в указанных растворителях существенно ниже 80%; низкая концентрация каучука (11-17%) в каучукосодержащем компоненте, что предполагает повышенный расход органического растворителя.

Задачей настоящего изобретения является получение битумно-каучуковых вяжущих на основе нефтяных битумов и растворов каучуков маслостойких сортов в органических растворителях; расширение ассортимента органических растворителей, используемых для приготовления каучукосодержащих компонентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения битумного вяжущего путем перемешивания нефтяного битума при нагревании с каучукосодержащим компонентом в виде раствора в органическом растворителе, взятом в количестве 2,5-5,0 мас.% от битумного вяжущего, согласно изобретению, в качестве каучукосодержащего компонента используют раствор маслостойких сортов каучука с содержанием каучука до 35 мас.%, а в качестве органического растворителя используют жидкие продукты превращения угля, а именно: смолу полукоксования каменного угля или смолу полукоксования бурого угля или фракцию продуктов гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°С.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками являются:

- использование растворов маслостойких каучуков или продуктов их переработки в органических растворителях в качестве каучукосодержащего компонента битумно-каучуковых вяжущих,

- использование в качестве органических растворителей для маслостойких каучуков жидких продуктов превращения угля, а именно смолы полукоксования каменного угля или смолы полукоксования бурого угля или высококипящей фракции гидрогенизации бурого угля, кипящей выше 350°С.

- проведение процесса растворения в одну стадию.

Сущность изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1. Каучук марки СКН-40 АСМ-Е Красноярского завода синтетического каучука в количестве 45 г и смолу, образующуюся при полукоксовании каменного угля марки Д на ГП «Завод полукоксования» г.Ленинск-Кузнецк (ТУ-2453-001-22931414-96) в количестве 105 г, берут в соотношении 30% и 70% от массы смеси, соответственно. Смесь нагревают до 100-120°С, перемешивают в течение 4 часов. В результате образуется однородная гомогенная смесь. Полученный каучукосодержащий компонент добавляют в количестве 2,5 мас.% к нефтяному битуму БНД 90/130. Характеристики битумно-каучукового вяжущего приведены в таблице.

Пример 2. Аналогично примеру 1, но каучукосодержащий компонент добавляют к нефтяному битуму в количестве 5,0 мас.%. В результате образуется однородное гомогенное вяжущее.

Пример 3. Аналогично примеру 1, но каучук 52,5 г и смолу полукоксования каменного угля 97,5 г берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. В результате образуется однородное гомогенное вяжущее.

Пример 4. Аналогично примеру 1, но каучук 60 г и смолу полукоксования каменного угля 90 г берут в соотношении 40% и 60%, соответственно. Образующееся вяжущее содержит нерастворенный каучук.

Пример 5. Аналогично примеру 1, но каучук 52,5 г и смолу полукоксования бурого угля (С 87,85; Н 8,95; N 0,35; S 0,31; О 2,54; ρ - 1,025 г/см³) 97,5 г берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. В результате образуется однородное гомогенное вяжущее.

Пример 6. Аналогично примеру 1, каучук 52,5 г и фракцию гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°С, (С 87,5; Н 9,3; N 0,4; S 0,4; О 2,4; ρ - 1,01 г/см³) 97,5 г, берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. Полученное вяжущее представляет собой однородную и гомогенную смесь.

Пример 7. Аналогично примеру 1, но берется каучук БНКС-28 АМН 52,5 г и смола полукоксования каменного угля 97,5 г, 35% и 65%, соответственно. Полученное вяжущее представляет собой однородную и гомогенную смесь.

Пример 8. Аналогично примеру 1, но каучук БНКС-28 АМН 60 г и смолу полукоксования каменного угля 90 г берут в соотношении 40% и 60%, соответственно. Образующаяся смесь вяжущего содержит нерастворенный каучук.

Пример 9. Аналогично примеру 2, но каучук 52,5 г и смолу полукоксования каменного угля 97,5 г берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. Полученное вяжущее представляет собой однородную и гомогенную смесь.

Пример 10. Аналогично примеру 2, но каучук 52,5 г и смолу полукоксования бурого угля 97,5 г берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. Полученное вяжущее представляет собой однородную и гомогенную смесь.

Пример 11. Аналогично примеру 2, каучук 52,5 г и фракцию гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°С, полученную в лабораторных условиях - 97,5 г, берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. Полученное вяжущее представляет собой однородную и гомогенную смесь.

Пример 12. Аналогично примеру 2, но каучук БНКС-28 АМН 52,5 г и смолу полукоксования каменного угля 97,5 г берут в соотношении 35% и 65%, соответственно. В результате образуется однородная гомогенная смесь вяжущего.

Пример 13. (Реализация способа по прототипу)

Каучукосодержащий компонент (15% раствор) готовят в две стадии: на первой стадии каучук СКН-40 АСМ-Е в количестве 22,5 г смешивают с 42,5 г (1/3 от общего расчетного количества растворителя) керосина прямой гонки при температуре не выше 20-25°С в течение 1 ч; на второй стадии к смеси добавляют 85 г горячего технического керосина (2/3 расчетного количества органического растворителя) при перемешивании в течение 10-11 ч и нагревании до 90-100°С. Образующаяся смесь содержит нерастворенный каучук.

Как следует из примеров, битумно-каучуковое вяжущее имеет однородную и гомогенную структуру при содержании каучука в смеси до 35%, содержание более 40% нецелесообразно из-за неполной растворимости каучука в предложенных растворителях.

Таким образом, разработан способ получения битумно-каучуковых вяжущих на основе маслостойких каучуков, обладающих улучшенными физико-механическими свойствами и предложен расширенный ассортимент органических растворителей для каучуксодержащих компонентов.

Сопоставление физико-механических свойств битумно-каучуковых композиций и битума БНД 90/130
Наименования показателей	Битумно-каучуковое вяжущее, содержащее 5 мас.% каучукового компонента (с каучуком СКН-40 АСМ-Е)	Битумно-каучуковое вяжущее, содержащее 2,5 мас.% каучукового компонента (с каучуком СКН-40 АСМ-Е)	Нормы для нефтяного битума БНД 90/130 (ГОСТ22245-76)
Глубина проникания иглы
1) при 25°С, мм*0,1	120	120	91-130
2) при 0°С	37	35	не менее 28
Температура размягчения по КиШ, °С	46,5	46	не ниже 43
Растяжимость, см:
а) при 25°С	65	63	не менее 60
б) при 0°С	4,7	4,5	не менее 4.2
Температура хрупкости, °С,	-23,5	-22	не выше -17
Изменение температуры размягчения после прогрева, °С	4,5	5,0	не более 6
Сцепление с мрамором или песком	выдерживает	выдерживает	выдерживает

Способ получения битумного вяжущего путем перемешивания нефтяного битума при нагревании с каучукосодержащим компонентом в виде раствора в органическом растворителе, взятом в количестве 2,5-5,0 мас.% от битумного вяжущего, отличающийся тем, что в качестве каучуксодержащего компонента используют раствор маслостойких сортов каучука с содержанием каучука до 35 мас.%, а в качестве органического растворителя используют жидкие продукты превращения угля, а именно: смолу полукоксования каменного угля, или смолу полукоксования бурого угля, или фракцию продуктов гидрогенизации бурого угля, кипящую выше 350°С.